Modelo de geoprocesamiento QGIS para simplificar el análisis de microzonificación sísmica de primer nivel¶
El Instituto de Geología Ambiental y Geoingeniería (IGAG) del Consejo Nacional de Investigación (CNR) se encuentra en Roma, en el Área de Investigación «Roma 1». Fue fundado en 2002 al reagrupar cinco antiguos Institutos y Centros de investigación que habían estado activos durante más de 40 años en su campo de especialización. IGAG cubre una amplia gama de temas científicos en el campo de las ciencias de la Tierra, centrándose principalmente en el estudio de:
Geoquímica ambiental y remediación de suelos y aguas contaminados;
Depósitos minerales y procesamiento mineral, incluyendo el tratamiento de desechos;
Geoingeniería y seguridad de las excavaciones de roca;
Evolución geológica reciente;
Mitigación de desastres naturales;
Geoarqueología y arqueometría.
Geología Marina
Geomática, análisis y desarrollo SIG.
El nivel 1 del estudio de microzonificación sísmica del área de Pitramontecorvino (Apulia, Sur de Italia, ubicado a lo largo de la cadena Centro-Sur de los Apeninos) es parte de un proyecto, en colaboración con la Autoridad de Cuencas de Apulia (Puglia AdB) y el Departamento de Geología y Geofísica (DGG) de la Universidad de Bari, aspira a la microzonificación sísmica de 63 Municipios del área de Foggia. La actividad fue promovida por el Departamento italiano de Protección Civil (DPC) y financiado por el Comité Interministerial de Planeamiento Económico (CIPE n. 20/2004).
Herramienta de geoprocesamiento QGIS para estudios sísmicos de microzonificación de primer nivel¶
La microzonificación sísmica evalúa el riesgo sísmico a escala local con el propósito de identificar areas del territorio caracterizados por un comportamiento sísmico homogéneo. El primer nivel de la microzonificación tiene el propósito de definir las propiedades litológicas y la geometría de las unidades geológicas que caracterizan estas porciones del territorio (microzonas).
La observación del daño causado por un terremoto a menudo muestra variaciones a escala local causada no solo por las estructuras geológicas sino también por la diferente calidad y tipo de estructuras de construcción, dando lugar a diferentes riesgos sísmicos.
La microzonificación sísmica evalúa el riesgo sísmico local, mediante la identificación de áreas del territorio que se caracterizan por comportamientos sísmicos homogéneos.
Las Pautas y Criterios para la microzonificación Sísmica 2008 (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB1137) proporciona patrones para los estudios de microzonificación sísmica en territorio Italiano; Ellos diferencian tres niveles de profundidad creciente (desde 1 a 3).
El primer nivel de microzonificación sísmica consiste en la creación de tres mapas temáticos:
Mapa de inspección conteniendo las inspecciones para estudios de microzonificación sísmica;
Mapa geolitológico, obtenido a partir de mapas geológicos y geomorfológicos a escala detallada que integran datos litológicos, estratigráficos y geotécnicos existentes relacionados con levantamientos;
Mapa de microzonificación de nivel 1 (el principal producto de microzonificación de nivel 1), identificando las microzonas en tres categorías de riesgos locales.
Zonas estables;
Zonas estables susceptibles a amplificación del suelo;
Zonas inestables.
El objetivo del trabajo es contribuir a la creación de una metodología para procesar los datos topográficos, geológicos, geofísicos y geotécnicos con el fin de elaborar mapas de nivel 1 de microzonificación sísmica, mediante el uso de herramientas de código abierto.
La herramienta de Modelado Gráfico integrada en la última versión de QGIS (2.8.1 en el momento de escribir esto) ha sido usada para la ceación de un modelo de geoprocesamiento simple. Esta herramienta es útil para automatizar uno de los análisis comúnmente realizado para la creación mapas de nivel 1 de microzonificación sísmica, en particular para identificar zonas inestables como entidades poligonales.
El modelo hace uso de diferentes software y bibliotecas de código abierto (GRASS, GDAL, QGIS), demonstrando la utilidad de QGIS como un interfaz simplificado y unificado para herramientas SGLCA (Software Geoespacial Libre y Código Abierto) (Fig. 1).
(Fig. 1) Captura de pantalla del modelo de geoprocesamiento.¶
El modelo toma como entrada (Fig. 2):
Un shapefile de líneas contorno que contiene un campo con valores de elevación;
El nombre del campo que contiene valores de elevación;
La resolución deseable del ráster en metros para el MDT y Pendiente (predeterminada 10);
Se extraerá un shapefile polígono con elementos que intersectan áreas con pendiente mayor a 15 grados;
El nombre de la capa polígono resultante.
(Fig. 2) Formulario de entrada del modelo (izquierd) y registro de ejecución (derecha).¶
Cuando se lanza, el modelo realiza las siguientes operaciones:
La herramienta de GRASS v.to.rast.attribute convierte las lineas de contorno de elevaciones a raster, tomando el contorno del shapefile, el nombre del campo Z y la resolución del raster como entradas;
La herramienta de GRASS r.surf.contour genera un modelo de elevaciones tomando como entradas un raster temporal que es la salida obtenida del paso anterior y la resolución del raster;
La herramienta GDAL «gdaldem» genera la pendiente expresada como grados a partir del modelo de elevación;
La herramienta GRASS r.mapcalculator es usada para generar un ráster de 1 bit que identifica áreas con pendiente mayor que 15 grados (este valor está codificado en las guías de microzonificación, de manera que es fijo), usando la expresión:
if(A>15,1,null())
donde A es el ráster temporal generado por gdaldem;
La herramienta GDAL «gdal_polygonize» convierte el ráster de 1 bit a polígonos;
La herramienta QGIS «Intersección» es usada para sobreponer las áreas con pendiente mayor a 15 grados con la capa escogida de intersección.
El resultado es una capa poligonal con zonas propensas a la inestabilidad debido a un valor de pendiente mayor de 15 grados, automáticamente extraidos de un mapa temático como una capa poligonal de deslizamientos de tierra (Fig. 3) o un mapa litológico.
(Fig. 3) El modelo resultante (en rojo) muestra áreas altamente inestables extraidas de una capa de deslizamiento de tierras (naranja).¶
Conclusiones¶
Este trabajo demuestra claramente que las herramientas SIG de código abierto como QGIS, GRASS, GDAL/OGR, pueden emplearse con éxito para el análisis espacial y procesado de datos destinados a estudios de microzonificación sísmica de primer nivel. En este trabajo de ejmplo, QGIS se ha usado como una interfaz simplificada y unnificada para distintas herramientas de alta calidad GFOSS; el modelador gráfico permite construir intuitivamente modelos de geoprocesamiento compartibles fácilmente como herramientas portátiles y multiplataforma que no requieren costosas licencias de software. La herramienta aprovecha las capacidades de modelado de QGIS para concatenar gráficamente distintos algoritmos, definiendo parámetros de entrada y salida y dejando al software la tarea de administrar las salidas de datos intermedios. El uso de algortimos GRASS no requiere definir y usar una base de datos GRASS y un conjunto de mapas, simplificando en gran medida el diseño del modelo. Futuros desarrollos incluye la creación de un paquete de herramientas y modelos, basados en software de código abierto, que pueda ser usado para simplificar y acelerar las tareas de análisis espacial necesarias para estudios de microzonificación sísmica.
Referencias¶
G. Baldassarre; Gallicchio, S.; Giannandrea, P. & Tropeano, M.: «Relazione Finale Geolitologica per la microzonazione sismica di livello 1dei Comuni della Provincia di Foggia Dipartimento di Geologia e Geofisica dell’Università di Bari, 2011»
Cavinato,G.P.; Cavuoto, G.; Coltella, M.; Cosentino, G.; Paolucci, E.; Peronace, E. & Simionato, M.: «Studio di fattibilità per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle aree urbane a rischio di stabilità statica e vulnerabilità strutturale del Comune e della Provincia di Foggia - CIPE 20/2004 Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, 2013, 526»
Contributi per l’aggiornamento degli «Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica « 2008. Ingegneria sismica, Pàtron Editore Bologna, 2011 (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB28083)
Gruppo di lavoro MS, 2008. Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica. Conferenza delle Regioni e delle Province autonome - Dipartimento della protezione civile, Roma, 3 vol. e Dvd, Presidenza del Consiglio dei Ministri, Dipartimento di Protezione Civile, 2008, 424. (http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/view_pub.wp?contentId=PUB1137)
Autores¶
Este artículo fue contribuído en Marzo 2015 por Giuseppe Cosentino y Francesco Pennica (www.igag.cnr.it).
Giuseppe Cosentino¶
Giuseppe Cosentino <g.cosentino@igag.cnr.it> es geólogo y técnico especializado en Sistemas de información Geográfica para la administración de riesgos geológicos y de ingeniería. Actualmente trabajando en el campo de la microzonificación sísmica y caracterización medioambiental de tierras en sitios contaminados. Areas de interés: Riesgos geológicos y medioambientales, cartografía, geología estructural, perforaciones exploratorias.
Francesco Pennica¶
Francesco Pennica proporciona desarrollo de software GIS, WebGIS y gestión de datos: GeoServer, MapServer, ArcGIS Server, servicios webgis basados en el estándar GeoNetwork OGC, Java, HTML, CSS, Javascript, Python, lenguajes y marcos PHP, desarrollo front-end WebGIS con OpenLayers, ExtJS , GeoExt, JQuery, GWT, Ext-GWT, API SQL de Google Maps, gestión de geodatabases, PostgreSQL, PostGIS, análisis y scripting basados en software de escritorio GIS (herramientas ArcGIS, GRASS, GFOSS), configuración y gestión de software en escritorios y servidores basados en Linux y Windows.